一种直读式电子个人剂量仪的能量响应修正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电离辐射监测领域，特别涉及一种直读式电子个人剂量仪的能量响应 修正方法。
【背景技术】
[0002] 个人剂量仪是用来监测X射线和gamma射线对人体照射时的剂量当量率和剂量当 量的电子仪器仪表，广泛应用于核电站、核潜艇、辐照站、海关、同位素应用、工业X射线、 ga_a射线无损探伤、放射医疗、钴源治疗、ga_a福照、放射性实验室、核设施周围环境监测 等领域，对工作人员进行个人安全防护监测及放射性提示。个人剂量仪是智能型袖珍仪器， 采用功能较强的低功耗单片机技术制作而成，在测量范围内，可任意设置各种阈值报警值， 并发生声光报警及时提醒工作人员注意安全。仪器主要技术符合国家标准和国际标准，是 目前国内同类仪器中功能强、体积小、功耗低的佩带式袖珍仪器。
[0003] 直读式电子个人剂量仪具有小型化、多功能、宽量程、实时测量、低功耗等特点，被 广泛应用于核电、反应堆、放射医学等辐射场所工作人员的个人剂量监测。Si-PIN半导体探 测器由于在灵敏度、体积、功耗、价格等方面具有优势，是直读式电子个人剂量仪系统的核 心关键部件之一。同时，由于Si-PIN探测器材料原子系数高于组织材料和灵敏层厚度低等 因素影响，该探测器很难形成带电粒子平衡条件。上述原因导致在50keV-1.25MeV能量范围 内，Si-PIN探测器能量响应不一致，尤其在低能附近(小于lOOkeV)响应值偏高。由于Si-PIN 探测器能量响应不一致，采用传统单通道计数的方法严重影响仪器的测量精度。
[0004] 传统能响补偿材料相关参数可通过数值计算或蒙特卡洛模拟实现。能响补偿方法 的核心是设计出与Si-PIN探测器能量响应互补的材料组合，达到抵消Si-PIN探测器在低能 段响应过高的目的。该方法的难点是不易加工出批量满足条件的补偿材料，同时测量误差 相对较大，对Si-PIN探测器要求较高。
[0005] 能谱测量则是通过测量探测器输出的脉冲幅度值，幅度信息代表射线能量，利用 不同射线能量对剂量的影响权重不同，达到能量响应修正的目的。此方法由于功耗、成本等 因素影响，不满足直读式电子个人剂量仪的基本要求。
[0006] 本发明为国家重大科学仪器设备开发专项资金资助项目（项目名称:新型电离辐 射检测仪器和关键部件开发及应用，项目编号:2013YQ090811)。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种直读式电子个人剂量仪的能量响应修正 方法，该方法采用复合屏探测材料和Si-PIN半导体探测器相结合的多通道探测系统，通过 识别辐射场射线能量特征的方式，完成直读式电子个人剂量仪的能量响应修正，提高个人 剂量当量参数的测量精度。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0009] -种直读式电子个人剂量仪的能量响应修正方法，包括对辐射区域的放射工作人 员核辐射探测和对探测后得到的核辐射信息进行处理等步骤，具体步骤如下：
[0010] 步骤1:采用多通道探测器探测核辐射区域，所述多通道探测器中每一个通道都包 含厚度不同的复合屏探测材料和Si-PIN半导体探测器；
[0011] 步骤2:采用电荷灵敏放大器对经过复合屏探测材料和Si-PIN半导体探测器后形 成的弱电流信号进行放大处理，形成电压脉冲信号，电荷灵敏放大器在后端电路参数保持 一致的情况下，只需改变通道的复合屏探测材料厚度值，根据通道脉冲计数比值即可计算 出辐射场射线能量特征；
[0012] 步骤3:采用正比放大器对电荷灵敏放大器的输出信号进行二次放大，采用甄别器 对正比放大器的输出信号进行脉冲整形，得到整形后的方波脉冲信号；
[0013] 步骤4:对整形后的多通道脉冲信号进行计数，并完成多通道脉冲信号计数之间的 通道比值计算；
[0014] 步骤5:采用标准辐射场刻度出通道比值与辐射场射线能量的对应关系，刻度点之 间的能量与通道比值关系通过多项式拟合或插值实现，通过通道比值即可识别辐射场射线 特征能量；
[0015] 步骤6:采用标准辐射场刻度出每个能量段条件下，即47.9keV、65.0keV、83. IkeV、 100 ? OkeV、117 ? 7keV、164 ? 0keV、207 ? 5keV、661 ? 6keV、1250 ? OkeV 共 9 个能量段下，各通道计 数与标准剂量之间的转换修正因子，进一步结合标准辐射场的能量特征值直接刻度出探测 系统关键部件通道比值与辐射场射线能量的对应关系，求得探测器在各能量条件下的计 数-剂量当量转换因子；
[0016] 步骤7:用计数-剂量当量转换因子与测量过程中的脉冲计数值相乘得到该时刻下 的剂量当量值；
[0017] 步骤8:通过重复步骤5至步骤7得到精确的剂量当量值，根据最终的剂量当量值并 归一至137Cs处的参考值，完成能量响应的修正测量。
[0018] 根据上述方案，所述能量响应修正为:在每组能量点下，剂量当量测量值与剂量当 量标准值的比值除以mCs处能量点下的剂量当量测量值与剂量当量标准值的比值，得到每 组能量点下参考 mCs处能量响应，不同能量点下的能量响应值形成一条曲线，此曲线即为 所述直读式电子个人剂量仪修正后的能量响应曲线。
[0019] 根据上述方案，还采用金属铝材料对探测器进行屏蔽处理，X或gamma射线穿过屏 蔽材料后进入复合屏探测材料并转换为Si-PIN半导体探测器可接收的可见光信号。
[0020] 根据上述方案，所述复合屏探测材料设计利用射线的指数衰减原理，公式推导出 双通道脉冲计数比值的自然对数与复合屏探测材料线性衰减系数存在一定关系，线性衰减 系数是射线能量的函数。
[0021 ]根据上述方案，所述标准辐射场为采用X光机中能辐射场，其建立在X光机装置上， 包括 60kV、80kV、1 OOkV、120kV、150kV、200kV 和250kV 条件下的窄谱系列辐射场，和137Cs、6()Co 辐射防护实验室提供的标准辐射场，相关标准值则通过PTW球型电离室测量得到，通过刻度 方法简化需要考虑复合屏探测材料、Si-PIN半导体探测器和后续电路参数等引起的仪器一 致性问题。
[0022]根据上述方案，所述信息处理中包括电源管理模块、红外通信IC、IXD显示屏外围 辅助器件和MSP430微处理器，所述MSP430微处理器首先对探测系统关键部件输出脉冲进行 计数处理，然后在50keV至1.25MeV能量范围内，调用核信号处理算法完成能量响应修正和 辐射场能量信息计算处理，相关结果通过LCD显示屏显示或者使用红外通信1C上传至计算 机，从而对信息进行后续步骤处理。
[0023] 根据上述方案，还包括存储过程，即将通道比值与射线能量的对应关系、计数-剂 量当量转换因子存储于flash存储单元，以备后续实际应用中辐射场能量特征信息和能量 响应修正计算之用。
[0024] 根据上述方案，所述通道比值与射线能量的对应关系所依赖的线性衰减系数由公 式yKEhlr^DMVDMd/m-h)表示，其中， yi(E)为线性衰减系数，^分别为不同复合屏 探测材料的厚度，E为粒子能量，DMjPDM2分别为经过复合屏探测材料后Si-PIN半导体探测 器探测到的粒子数。
[0025]根据上述方案，在50keV至1.25MeV能量范围内，完成直读式电子个人剂量仪的能 量响应修正。
[0026] 根据上述方案，所述探测器通道为2个或者2个以上。
[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:本方法采用复合屏探测材料和Si-PIN半 导体探测器相结合的多通道探测系统，对辐射区域的电离辐射进行测量，避免了采用单一 通道进行测量的不足，通过采用多通道探测的方式，根据通道比值与射线能量信息的对应 关系，最终将通道计数与计数-剂量当量转换因子转换成标准剂量当量，完成能量响应修 正，提高了个人剂量当量参数的测量精度，适用于多种需监测电离辐射的场所。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明一种直读式电子个人剂量仪的能量响应修正方法采用的探测装置结 构示意图。
[0029] 图2是本发明所采用探测装置的探测部件结构示意图。
[0030] 图3是本发明中射线平均能量与通道比值关系曲线图。
[0031]图4是本发明中探测部件在各能量下的计数与计数-剂量当量转换因子关系曲线 图。
[0032]图5是本发明采用通道比值法的能量响应与采用单通道的能量响应对比示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。尽管本发明将结合 一些【具体实施方式】进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些